CN106507047A - 一种面向智能家居的音视频终端系统 - Google Patents

Abstract

一种面向智能家居产品的音视频终端系统，所述音视频终端系统包括音频模块和视频模块，所述音频模块包括声音录入模块、音频的编解码模块、音频的功放模块和回音抵消模块，所述声音录入模块与所述回音抵消模块连接，所述回音抵消模块与所述音频的编解码模块，所述音频的编解码模块与所述音频的功放模块连接，所述音频的功放模块与所述回音抵消模块连接；设备和设备之间或者设备和客户端之间进行实时的全双工通信。本发明提供一种提升音视频传输质量、使用方便、适用于老年人操作的面向智能家居的音视频终端系统。

Description

一种面向智能家居的音视频终端系统

技术领域

本发明涉及一种面向智能家居产品的音视频终端系统。

背景技术

近年来，嵌入式设备也已经逐步进入工业控制、军事设备、家用电器等领域，并且广泛用于信息家电、电子商务平台、无线通信设备等。随着嵌入式技术和GUI系统的日趋成熟，通信技术和网络技术的不断完善，嵌入式家居智能化系统已经逐步走入人类的生活之中，这是嵌入式技术追求高速、微型、经济、可靠、低廉、便捷的必然结果。

随着嵌入式、通信网络的日趋成熟，家居智能化系统也正朝着网络化、信息化、智慧化方向发展。当年轻人能够熟练使用通信设备的时候，老年人与年轻一代的沟通显得有些匮乏，在网络趋近于白热化的当今时代，迫切需要一款适合老年消费者的家居智能系统，来实现与孩子、家人、朋友的沟通，因此，家居智能终端设备成为了新的需求。

家居智能系统从功能上划分属于嵌入式系统中的信息家电，家居智能系统是融合了嵌入式系统和网络通讯技术于一体的网络化、智能化的家居控制系统。从上世纪末信息家电进入中国，该行业已经发展了二十年左右，已逐步深入到生活中各种对讲系统、信息化平台、信息家电等。现如今，家居信息化、智能化己经成为当今时代的一种主流。随着互联网技术与嵌入式技术日益紧密的结合，越来越多的家居智能终端应运而生，满足了消费者的需求。家居智能系统也正处于一个飞速发展和竞争激烈的时代，在未来，家居智能系统的发展和竞争将达到一个白热化的程度，其在我国将也将拥有美好的发展前景。

发明内容

为了克服现有的家居智能方案的音视频传输质量不高，使用繁琐，老年人操作不便的不足，本发明提供一种提升音视频传输质量、使用方便、适用于老年人操作的面向智能家居的音视频终端系统。

本发明为了解决上述技术问题采用的技术方案为：

一种面向智能家居产品的音视频终端系统，所述音视频终端系统包括音频模块和视频模块，所述音频模块包括声音录入模块、音频的编解码模块、音频的功放模块和回音抵消模块，所述声音录入模块与所述回音抵消模块连接，所述回音抵消模块与所述音频的编解码模块，所述音频的编解码模块与所述音频的功放模块连接，所述音频的功放模块与所述回音抵消模块连接；设备和设备之间或者设备和客户端之间进行实时的全双工通信。

进一步，所述音视频终端系统还包括人机交互模块，所述人机交互模块包括LCD显示屏、电容触摸屏模块和物理按键模块。通过这些功能模块，用户可以方便和简捷的控制家居智能终端，从而实现与手机端或者其它设备端的音频、视频通信。

再进一步，所述音频模块中，音频转换器是AIC3101，信号从咪头录入，将声音信号变成模拟信号，通过AIC3101的MIC管脚接入到音频编译码芯片，TVL320AIC3101芯片的BCLK、WCLK、DIN、DOUT管脚和DM365的McBSP管脚连接，DM365的I2C_SCL和I2C_SDA连接AIC3101的SCL和SDA管脚，DM365和AIC3101是通过I2C总线进行连接的，并且通过I2C总线，实现DM365对AIC3101的寄存器配置，地址寻址，进行正常的通信；AIC3101的RESET引脚是一个低电平有效的复位脚，它这里连接DM365的GPIO55脚，通过设置GPIO口电位的高低来完成对芯片的复位；输出端的音频信号，经过AIC3101的PHLOUT声音输出端传输到功放芯片，把声音放大到合适的大小，由喇叭进行播放。

更进一步，所述视频模块中，视频信号采集器是CCD摄像头，并将基于MAX485控制的云台作为CCD摄像头的载体；在视频采集前端设置芯片TVP5151对云台CCD摄像头采集进来的模拟视频信号进行量化处理；芯片TVP5151将标准的NTSC、PAL和SECAM信号转化为TMS320DM365支持的数字信号，TVP5151芯片和DM365处理器连接，实现视频采集模块。

所述视频模块中，AIP1A是一个模拟视频输入端口，所述AIP1A端口连接一个CCD摄像头，该摄像头以由MAX485控制的云台为载体，TVP5151视频编解码芯片和核心处理器通过I2C总线进行通信，将经过编码的数字视频信号，经过YOUT[7:0]引脚输出，并由YIN[7:0]引脚输入到核心处理器，从而实现视频数据的采集。

所述视频模块中，在CCD摄像头的信号输入端外接旁路电容进行滤噪，视频输入端所提供的1.8V电源和地都用磁珠进行分离，从而形成了数字电源和模拟电源、数字地和模拟地。

所述人机交互模块中，所述LCD显示屏采用4.3寸LCD液晶屏，该显示屏是480*272的分辨率，该液晶屏的背光电压由RT9293芯片提供，将LCD液晶屏的R0和R1连接、G0和G1连接、B0和B1连接,然后将液晶屏的R[2:7]、G[2:7]、B[2:7]分别连接DM365的YOUT_R[2:7]、YOUT_G[2:7]、YOUT_B[2:7]管脚。

所述人机交互模块中，所述电容触摸屏的分辨率是480*272，电容触摸屏的核心芯片是FT5306，触摸屏驱动源码在读取触摸点坐标时，将触摸屏分为五块不等区域，修改触摸屏读取触摸点的坐标值的算法将触摸屏得分区ID从5提升到了16；其中buf[0]表示上下高位、buf[1]表示上下低位、buf[2]表示左右高位、buf[3]表示左右低位，X、Y分别为触摸点的横纵坐标值，其值公式(1)和公式(2)为：

X＝(buf[2]*2+buf[3])*480％4； (1)

Y＝(buf[0]*2+buf[1])*272％4； (2)

所以，在LCD驱动源码中，改变触摸点的X、Y坐标值为：

X＝((((buf[2]<<1)+buf[3])<<8)+(((buf[2]<<1)+buf[3])<<7)+(((buf[2]<1)+

buf[3])<<6)+(((buf[2]<<1)+buf[3])<<5))>>3 (3)

Y＝(((buf[0]<<1+buf[1])<<8)+((buf[0]<<1+buf[1])<<4))>>3 (4)

X、Y的坐标值用于打印输出以检测触摸定位精准度，ContactID是触摸点所在区域的id值，是驱动读取的位置，用于分区；

ContactID＝buf[0]<<3+buf[1]<<2+buf[2]<<1+buf[3] (5)。

本发明的技术构思为：设计一款方面老人使用的嵌入式音视频终端系统，本发明通过技术方案解决音频传输过程中的回音抵消问题，视频输入干扰问题，并设计快捷的人机交互界面，解决了其它智能终端音视频传输质量不高，使用繁琐，老年人操作不便等问题。本发明内容惠及民生，结合特殊群体的特殊需求，有针对的设计出快捷方便的音视频终端系统。本发明能提高民众生活质量，满足潜在应用需求，带给我们便捷和全新的体验。

本发明的有益效果为：提升音视频传输质量、使用方便、适用于老年人操作。

附图说明

图1是音频模块通信系统结构图。

图2是AIC3101音频编解码模块图。

图3是声音录入模块图。

图4是SGM4891YDE8G音频功率放大模块图。

图5是FM1188回音抵消模块图。

图6是视频采集模块的流程图。

图7是CCD摄像头视频采集及TVP5151视频编解码模块图。

图8是采集解码的视频数据发送DM365原理图。

图9是LCD液晶屏显示电路图。

图10是电容触摸屏电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参照图1～图10，一种面向智能家居产品的音视频终端系统，所述音视频终端系统包括音频模块和视频模块，所述音频模块包括声音录入模块、音频的编解码模块、音频的功放模块和回音抵消模块，所述声音录入模块与所述回音抵消模块连接，所述回音抵消模块与所述音频的编解码模块，所述音频的编解码模块与所述音频的功放模块连接，所述音频的功放模块与所述回音抵消模块连接；设备和设备之间或者设备和客户端之间进行实时的全双工通信。

进一步，所述音视频终端系统还包括人机交互模块，所述人机交互模块包括LCD显示屏、电容触摸屏模块和物理按键模块。通过这些功能模块，用户可以方便和简捷的控制家居智能终端，从而实现与手机端或者其它设备端的音频、视频通信。

本发明中，为方便家居老人使用需要实现一键通话功能，即设备和设备之间或者设备和客户端之间进行实时的全双工通信，这就需要有声音录入模块、音频的编解码模块、音频的功放模块和回音抵消模块，以实现较高的音频清晰度和优良度。

为了实现家居智能通信终端的一键视频功能，系统设计有视频的编解码模块。

为了方便家居老人与家人实现良好的互动和交流，家居智能终端音视频系统设计有人机交互模块，主要包括LCD显示屏、电容触摸屏模块和物理按键模块。通过这些功能模块，用户可以方便和简捷的控制家居智能终端，从而实现与手机端或者其它设备端的音频、视频通信。

音频模块：本发明用到的音频转换器是AIC3101。信号从咪头录入，将声音信号变成模拟信号，通过AIC3101的MIC管脚接入到音频编译码芯片。TVL320AIC3101芯片的BCLK、WCLK、DIN、DOUT管脚和DM365的McBSP管脚连接，DM365的I2C_SCL和I2C_SDA连接AIC3101的SCL和SDA管脚，DM365和AIC3101是通过I2C总线进行连接的，并且通过I2C总线，实现DM365对AIC3101的寄存器配置，地址寻址，进行正常的通信。AIC3101的RESET引脚是一个低电平有效的复位脚，它这里连接DM365的GPIO55脚，通过设置GPIO口电位的高低来完成对芯片的复位。输出端的音频信号，经过AIC3101的PHLOUT声音输出端传输到功放芯片，把声音放大到合适的大小，由喇叭进行播放。其系统结构框图如图1所示。

接下来简要介绍音频模块各功能模块的设计：

1.音频编解码模块

TLV320AIC3101是一款低消耗的串行音频编解码芯片，功率只有14mW，需要3.3V模拟电压供电，并具有本地播放和回放功能，它还包含多个AGC以及多个可输入输出的可编程半差分或者全差分配置。TLV320AIC3101广泛用于众多音频系统中，音频编码模块的设计原理如图2所示。

2.声音录入模块

本发明在音频采集输入端，采用一个微型咪头作为拾音器，进行音频信号的输入，该拾音器具有体积小、功耗小、并且具有较高灵敏度等优点，其与设备的连接共有三根线，电源线，信号线和地线。适合家居智能终端的设计要求。喇叭采用的是8欧，功率为0.5W，信噪比是93±3dB，直径是50mm，厚度是6mm。声音的采集模块电路图如图3。

3.音频功放模块：

为了满足喇叭额定功率，需要将解码后的音频信号进行功率进行放大。

经过AIL3101芯片进行解码之后的音频信号从HPLOUT引脚输出，该信号先通过C15电容和L5电感先进行直流去噪，然后该信号经过R274和R275分压(可调节R276、R279、R278、R274的阻值，从而调节声音大小)，然后通过RC高通滤波器，截止频率设为160Hz，将得到的信号输入SGM489IYDE8G芯片进行放大，再从OUTPUT1(VO+)和(VO-)两个引脚连接到喇叭输出。注意输出信号的功率应该大于等于喇叭的功率，这样才可以使喇叭的声音效果饱满，本发明选用的喇叭功率为0.5W。

功放电路的设计原理图如图4所示。

4.回音抵消模块

由于咪头会再次拾取喇叭的音频信号，造成回音的干扰，所以在输入信号和输出信号之间加上一个回音抵消模块是必须的。回音抵消模块将输入信号(包括录入的喇叭信号)MICO+与输出信号OUTPUT1互相抵消，得到纯净的信号MIC+。

本发明用到的回音抵消模块是FM1188，FM1188语音处理器可以实现低功率高效率的处理回声抑制和降噪，正常工作时仅消耗35MW的功率，很适合用于电池供电的电子产品。经过回音抵消之后的输入信号MIC+作为TVL320AIC3101音频转换器的输入进行编码。3101芯片也可以对输出信号进行译码，译码后的信号输入到SGM4891YDE8G音频功率放大器，然后通过喇叭输出。另外，SGM4891的输入端可以通过调节阻值来控制声音大小。

回音抵消模块原理图设计如图5所示。

视频模块：本发明运用的视频信号采集器是CCD摄像头，并将基于MAX485控制的云台作为CCD摄像头的载体。在视频采集前端需要一个AD芯片对云台CCD摄像头采集进来的模拟视频信号进行量化处理。选用TI公司推出的专门用于视频采集前端对视频信号进行编码的芯片TVP5151。TVP5151可以将标准的NTSC、PAL和SECAM信号转化为TMS320DM365支持的数字信号。TVP5151芯片和DM365处理器的连接，实现本发明中视频采集模块的设计。具体视频采集模块流程图见图6。

AIP1A是一个模拟视频输入端口，本发明的AIP1A端口连接了一个CCD摄像头，该摄像头以由MAX485控制的云台为载体。TVP5151视频编解码芯片和核心处理器通过I2C总线进行通信，如图7。之后，将经过编码的数字视频信号，经过YOUT[7:0]引脚输出，并由YIN[7:0]引脚输入到核心处理器，从而实现视频数据的采集，如图8所示。

本发明在进行原理图设计时，考虑到视频信号的输入很容易被干扰，所以在CCD摄像头的信号输入端外接了旁路电容进行滤噪，以防止信号串扰。视频输入端所提供的1.8V电源和地都用磁珠进行分离，从而形成了数字电源和模拟电源、数字地和模拟地。

人机交互模块：家居智能音视频终端系统的人机交互模块主要包括LCD显示屏、电容触摸屏模块和物理按键模块。通过这些功能模块，用户可以方便和简捷的控制家居智能终端，从而实现与手机端或者其它设备端的音频、视频通信。

首先介绍LCD液晶屏，本发明显示屏采用4.3寸LCD液晶屏，该显示屏是480*272的分辨率。该液晶屏的背光电压由RT9293芯片提供，该芯片所提供电压与负载有关。另外，液晶屏和DM365的显示模式也不同，为了达到显示屏和DM365兼容的目的，将LCD液晶屏的R0和R1连接、G0和G1连接、B0和B1连接,然后将液晶屏的R[2:7]、G[2:7]、B[2:7]分别连接DM365的YOUT_R[2:7]、YOUT_G[2:7]、YOUT_B[2:7]管脚，具体的LCD液晶屏接口与DM365的连接方式详如上图9。

接下来介绍触摸屏，本发明所采用的触摸屏是电容触摸屏，其分辨率也是480*272，其中电容触摸屏的核心芯片是FT5306，触摸屏接口与DM365的连接电路详见图10。触摸屏驱动源码在读取触摸点坐标时，将触摸屏分为五块不等区域。为了精确，修改了触摸屏读取触摸点的坐标值的算法将触摸屏得分区ID从5提升到了16，提高了触摸屏精度：

其中buf[0]表示上下高位、buf[1]表示上下低位、buf[2]表示左右高位、buf[3]表示左右低位，X、Y分别为触摸点的横纵坐标值，其值公式(1)和公式(2)为：

X＝(buf[2]*2+buf[3])*480％4； (1)

Y＝(buf[0]*2+buf[1])*272％4； (2)

所以，在LCD驱动源码中，改变触摸点的X、Y坐标值为：

X＝((((buf[2]<<1)+buf[3])<<8)+(((buf[2]<<1)+buf[3])<<7)+(((buf[2]<1)+

buf[3])<<6)+(((buf[2]<<1)+buf[3])<<5))>>3 (3)

Y＝(((buf[0]<<1+buf[1])<<8)+((buf[0]<<1+buf[1])<<4))>>3 (4)

X、Y的坐标值用于打印输出以检测触摸定位精准度，ContactID是触摸点所在区域的id值，是驱动读取的位置，用于分区。

ContactID＝buf[0]<<3+buf[1]<<2+buf[2]<<1+buf[3] (5)

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改，都落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种面向智能家居产品的音视频终端系统，其特征在于：所述音视频终端系统包括音频模块和视频模块，所述音频模块包括声音录入模块、音频编解码模块、音频功放模块和回音抵消模块，所述声音录入模块与所述回音抵消模块连接，所述回音抵消模块与所述音频的编解码模块，所述音频的编解码模块与所述音频的功放模块连接，所述音频的功放模块与所述回音抵消模块连接；设备和设备之间或者设备和客户端之间进行实时的全双工通信。

2.如权利要求1所述的面向智能家居产品的音视频终端系统，其特征在于：所述音视频终端系统还包括人机交互模块，所述人机交互模块包括LCD显示屏、电容触摸屏模块和物理按键模块。

3.如权利要求1或2所述的面向智能家居产品的音视频终端系统，其特征在于：所述音频模块中，音频转换器是AIC3101，信号从咪头录入，将声音信号变成模拟信号，通过AIC3101的MIC管脚接入到音频编译码芯片，TVL320AIC3101芯片的BCLK、WCLK、DIN、DOUT管脚和DM365的McBSP管脚连接，DM365的I2C_SCL和I2C_SDA连接AIC3101的SCL和SDA管脚，DM365和AIC3101是通过I2C总线进行连接的，并且通过I2C总线，实现DM365对AIC3101的寄存器配置，地址寻址，进行正常的通信；AIC3101的RESET引脚是一个低电平有效的复位脚，它这里连接DM365的GPIO55脚，通过设置GPIO口电位的高低来完成对芯片的复位；输出端的音频信号，经过AIC3101的PHLOUT声音输出端传输到功放芯片，把声音放大到合适的大小，由喇叭进行播放。

4.如权利要求1或2所述的面向智能家居产品的音视频终端系统，其特征在于：所述视频模块中，视频信号采集器是CCD摄像头，并将基于MAX485控制的云台作为CCD摄像头的载体；在视频采集前端设置芯片TVP5151对云台CCD摄像头采集进来的模拟视频信号进行量化处理；芯片TVP5151将标准的NTSC、PAL和SECAM信号转化为TMS320DM365支持的数字信号，TVP5151芯片和DM365处理器连接，实现视频采集模块。

5.如权利要求4所述的面向智能家居产品的音视频终端系统，其特征在于：所述视频模块中，AIP1A是一个模拟视频输入端口，所述AIP1A端口连接一个CCD摄像头，该摄像头以由MAX485控制的云台为载体，TVP5151视频编解码芯片和核心处理器通过I2C总线进行通信，将经过编码的数字视频信号，经过YOUT[7:0]引脚输出，并由YIN[7:0]引脚输入到核心处理器，从而实现视频数据的采集。

6.如权利要求4所述的面向智能家居产品的音视频终端系统，其特征在于：所述视频模块中，在CCD摄像头的信号输入端外接旁路电容进行滤噪，视频输入端所提供的1.8V电源和地都用磁珠进行分离，从而形成了数字电源和模拟电源、数字地和模拟地。

7.如权利要求2所述的面向智能家居产品的音视频终端系统，其特征在于：所述人机交互模块中，所述LCD显示屏采用4.3寸LCD液晶屏，该显示屏是480*272的分辨率，该液晶屏的背光电压由RT9293芯片提供，将LCD液晶屏的R0和R1连接、G0和G1连接、B0和B1连接,然后将液晶屏的R[2:7]、G[2:7]、B[2:7]分别连接DM365的YOUT_R[2:7]、YOUT_G[2:7]、YOUT_B[2:7]管脚。

8.如权利要求7所述的面向智能家居产品的音视频终端系统，其特征在于：所述人机交互模块中，所述电容触摸屏的分辨率是480*272，电容触摸屏的核心芯片是FT5306，触摸屏驱动源码在读取触摸点坐标时，将触摸屏分为五块不等区域，修改触摸屏读取触摸点的坐标值的算法将触摸屏得分区ID从5提升到了16；其中buf[0]表示上下高位、buf[1]表示上下低位、buf[2]表示左右高位、buf[3]表示左右低位，X、Y分别为触摸点的横纵坐标值，其值公式(1)和公式(2)为：

X＝(buf[2]*2+buf[3])*480％4； (1)

Y＝(buf[0]*2+buf[1])*272％4； (2)

所以，在LCD驱动源码中，改变触摸点的X、Y坐标值为：

X＝((((buf[2]<<1)+buf[3])<<8)+(((buf[2]<<1)+buf[3])<<7)+(((buf[2]<1)+

buf[3])<<6)+(((buf[2]<<1)+buf[3])<<5))>>3 (3)

Y＝(((buf[0]<<1+buf[1])<<8)+((buf[0]<<1+buf[1])<<4))>>3 (4)

X、Y的坐标值用于打印输出以检测触摸定位精准度，ContactID是触摸点所在区域的id值，是驱动读取的位置，用于分区；

ContactID＝buf[0]<<3+buf[1]<<2+buf[2]<<1+buf[3] (5)。